西安理工大学历年硕士水力学试题0211年高清版精编版.docx
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西安理工大学历年硕士水力学试题0211年高清版精编版
1、设有一铅垂圆柱形套管套在一铅垂立柱上,管心铅垂轴线与柱心铅垂轴线重合,两者之间间隙充以某种液体(油),如图所示。
立柱固定,套管在自重的作用下,沿铅垂方向向下作等速直线运动,(间隙中的液体运动速度呈直线分布)。
已知套管长度l=0.2m,重量G=1.96N,内径d=0.05m,套管与立柱径向间隙厚度δ=0.0016m,液体的粘度μ=9.8Pa·s。
试求圆柱形套管下移速度V(空气阻力很小,可略去不计)。
(2002)
第1题图
1、如图所示,液面上有一面积A=0.12m2的平板,以V=0.5m/s的速度作水平等速直线运动,形成运动平板与静止平板间液体的层流运动。
已知平板间的液体分为两层,它们的动力粘滞系数与厚度分别为:
μ1=0.142N·s/m2,δ1=1mm;μ2=0.235N·s/m2,δ2=1.4mm。
若每层液体内速度沿铅垂方向呈直线分布,求:
(1)定性绘制平板间液体的流速分布;
(2)平板所受水平拉力。
(空气阻力很小,可略去不计)。
(2003,2006a)
第1题图
1、(本题20分)如图所示,上下两个圆盘半径均为R,间隙为δ,其间充满动力粘度为μ的油液。
下盘不动,上盘绕中心轴以每分钟n转旋转。
若上、下盘间油液流速呈线性分布,求:
(1)施加于上盘的阻力矩M的表达式;
(2)R=0.25m,δ=1mm,μ=0.01Pa·s,n=1200转/分。
M=?
(2004a,2005a,2007b)
1、(本题20分)质量为25kg、长为60cm、宽为60cm的平板,以0.3m/s匀速地沿一个边坡系数为2.4(ctgα=2.4)的斜面滑下,如图所示。
板与斜面间的油层厚度δ=1mm,油的密度为920kg/m3,求油的动力粘滞系数μ和运动粘滞系数ν。
(2004b)
1、(本题20分)图示为一园锥体绕竖直中心轴等速旋转,锥体与固定的外锥体之间的隙缝δ=1mm,其中充满μ=0.1Pa·s的润滑油,已知锥体顶面半径R=0.3m,锥体高度H=0.5m。
当旋转角速度ω=16rad/s时,求所需的旋转力矩M(隙缝中油的速度按直线变化)。
(2005b,2007a)
1、如图所示,一木块在上层液体表面上以速度v运动。
两液层的厚度δ相同,粘度不同,动力粘度分别为μ1和μ2。
设液层间的流速按直线分布。
试绘制平板间液体的流速分布图和切应力分布图,并求液层交界面上的流速u。
(2006b)
2、一球形盛水容器,容器由两个半球面用螺栓连接而成,如图所示。
已知球径d=4m,水深H=2m,试求作用于螺栓上的拉力(不计容器的自重)。
(2002)
第2题图
2、如图所示一封闭水箱,下端有1/4圆弧的钢板AB,宽度1m,半径为1m。
已知:
h1=2m,h2=3m。
求:
(1)试绘制水作用于曲面AB上的压力体图及其铅垂投影面上的压强分布图;
(2)水作用于曲面AB上的静水总压力的大小及方向。
(2003)
第2题图
2、(本题20分)某容器如图所示。
AB为1/4的圆柱曲面,半径R=0.4m,其宽度(垂直于纸面)b=1.0m。
容器内盛有密度r1=816kg/m3,r2=918kg/m3的两种不相混合的液体,深度h=0.8m。
要求:
(1)绘制水作用于曲面AB上的压力体图及铅垂投影面上的压强分布图;
(2)求水作用于曲面AB上的静水总压力的大小及方向。
(2004a,b;)
2、(本题20分)在倾角
=45°倾斜壁上有一个半径R=0.5m的半圆柱形曲面AB,曲面圆心O点至水面的高度H=2m,曲面宽度b=2m,如图所示。
要求:
(1)绘制水作用于曲面AB上的压力体图以及铅垂投影面上的压强分布图;
(2)求水作用于曲面AB上的静水总压力的大小、方向及作用点的位置。
(2005a,2007b)
2、(本题20分)圆柱曲面AB的一侧受两种液体的作用,如图。
上层液体深度h1=1.5m,密度r1=867kg/m3。
下层液体深度h2=1m,密度r2=1000kg/m3。
曲面宽度b=2m。
圆弧半径R=1m。
要求:
(1)绘出曲面上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图;
(2)计算曲面静水总压力P及其方向。
(2005b,2007a)
3、图示为圆弧曲面AB,已知半径R=2m,宽度b=1m,h=4m,。
(1)绘出曲面AB上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图;
(2)计算作用于曲面AB上的静水总压力的大小和方向。
(2006a)
3、图示为盛水容器,其中AB为3/4圆柱曲面,半径R=0.6m,圆心O点以上的水深H=1.2m。
垂直于纸面的长度L=3m。
(1)绘出曲面AB上水平分力的压强分布图及垂直分力的压力体图;
(2)计算作用于曲面AB上的静水总压力的大小和方向。
(2006b)
3、一洒水车,如图所示,以0.98m/s2的等加速度向前行驶。
设以水面中心点为原点,建立xOz坐标系,试求自由表面与水平面的夹角θ。
又自由表面压强p0=98kPa,车壁某点A的坐标为x=-1.5m,z=-1.0m,试求A点的压强。
(2002)
3、在作等角速度旋转的物体上,装有一U型管式角速度测定仪,如图所示。
测得U型管液面高差Δz=0.272m,两支管旋转半径分别为R1=7.5cm,R2=37.5cm。
求该物体的旋转角速度ω。
(2003)
第3题图
3、(本题20分)一水箱以水平加速度a=3m/s2运动,水箱尺寸如图所示。
水箱静止时盛水深度为1.5m。
当水箱加速运动时,求:
(1)水面与水平面所成夹角q;
(2)底面最大压强pmax;(3)底面最小压强pmin。
(2004a,b)
3、(本题20分)如图所示为一长方形水车,长3m,宽1.5m,高1.8m,试求:
(1)当水车以水平加速度a=4.9m/s2运动时,将有多少水量溢出?
(2)为了使水不溢出,最大允许加速度多大?
(3)当水车以水平加速度a=4.9m/s2运动时,水车底板所受的静水总压力为多大?
(2005a,b,2007a,b)
2、有一圆柱形容器,顶部设一通气管,如图所示。
已知圆柱半径R=0.5m,圆柱形容器顶部通气管中的水面与容器顶盖齐平。
容器以等角速度=2p/s绕铅垂中心轴旋转。
试推导该容器内液体压强p的计算公式,并求容器顶盖上所受的总压力P。
(2006a,b)
4、设水流从水箱经过水平串联管路流出,管路末端为收缩的圆锥形喷嘴,在第二段管道中有一半开的闸阀,如图所示。
已知流量Q=0.025m3/s,d1=0.15m,l1=25m,d2=0.125m,l2=10m,d3=0.1m;沿程阻力系数和局部阻力系数分别为:
ζ1=0.5(进口),λ1=0.0366,ζ2=0.15(突然缩小),λ2=0.039,ζ3=2.0(阀门),ζ4=0.15(喷嘴)。
试求水箱中所需水头H,并定性绘出测压管水头线和总水头线。
(水箱水面很大,水箱水面的流速水头可略去不计;所给局部阻力系数都是对局部损失后的平均流速而言)。
(2002,2005b,2007a)
第4题图
4、图示为虹吸管。
已知上下游水位差z=4m,管道总长L=20m,管径d=100mm。
沿程水头损失系数λ=0.026。
进口局部水头损失系数为ζ1=0.8;两转弯处局部水头损失系数均为ζ2=0.15;阀门局部水头损失系数为ζ3=0.2;出口局部水头损失系数ζ4=1。
求虹吸管的流量Q,并定性绘出虹吸管的总水头线和测压管水头线。
(2003)
第4题图
4、(本题25分)某输水管如图所示。
已知管径d1=200mm,d2=100mm;管长L1=20m,L2=10m;沿程水头损失系数λ1=0.02,λ2=0.03。
各局部水头损失系数为:
进口ζ1=0.5,转弯(A、B两处共计)ζ2=0.6,收缩ζ3=0.4(对应于大管流速),阀门ζ4=2.06。
管道水头H=20m。
试求:
(1)求通过输水管的流量Q;
(2)定性绘出管道的总水头线和测压管水头线。
(2004a,b)
4、(本题25分)水泵将水抽至水塔,如图所示,已知水泵功率P=18.37kw,抽水流量Q=100L/s,吸水管长度l1=8m,压水管长度l2=50m,管径D=300mm,沿程水头损失系数λ=0.025。
水泵允许真空值hv=6m水柱。
水泵总效率η=75%。
局部水头损失系数:
进口ζ1=6;转弯ζ2=0.4;出口ζ3=1。
求:
(1)水泵提水高度z;
(2)水泵最大安装高度zs。
(2005a,2007b)
4、一直径沿程不变的输水管道,连接两水池如图所示。
已知管道直径d=300mm,管道全长L=90m,沿程水头损失系数λ=0.03,局部水头损失系数:
进口ζ1=0.5,转弯ζ2=ζ3=0.3,出口ζ4=1.0。
出口中心在下游水面以下深度h2=2.3m。
在距出口l=30m处有一水银测压计,其液面高差Δh=0.5m,较低的水银液面至管轴的高度h=1.5m。
试确定:
(1)测压计所在断面形心点的压强水头;
(2)通过管道的流量Q;(3)两水池的水位差Z;(4)定性绘出测压管水头线和总水头线。
(水箱水面很大,水箱水面的流速水头可略去不计)(2006a)
4、等直径有压管道如图所示。
管径d=0.2m,管长l1=l2=12m,水头H=10m,hs=1m。
沿程水头损失系数λ=0.023。
局部水头损失系数:
进口ζ1=0.7,转弯ζ2=0.29。
取动能校正系数为1.0。
求:
(1)通过管道的流量Q;
(2)管道B断面处的相对压强pB;(3)定性绘出测压管水头线和总水头线。
(2006b)
5、设水由水箱经管嘴射出,如图所示。
已知水头为H(恒定不变),管嘴截面积为A,水箱水面面积很大。
若不计能量损失,试求水作用于水箱的水平分力R。
(2002)
第5题图
5、图示一压力管道的渐变段。
水流由直径dA为20cm的A管经一渐缩的弯管流入直径dB为15cm的B管,管轴中心线在同一水平面内,A管与B管轴线之间的夹角θ为60o,如图所示。
已知通过的流量为Q=0.1m3/s,渐变段A端断面中心处相对压强pA=120kN/m2,若不计能量损失,试求水流对弯管AB的作用力。
(2003)
第5题图
5、(本题25分)射流以V=19.8m/s的速度从直径d=10cm的喷嘴中射出,打击在对称的角度为1350的圆形曲线叶片上,叶片距喷嘴很近。
(1)若叶片固定,求射流对叶片的冲击力;
(2)若叶片以速度u=12m/s和喷嘴出口处水流同方向运动求射流对叶片的冲击力。
(不计阻力和水重,取动量校正系数为1.0)(2004a,b)
5、(本题25分)图示为水平放置的喷嘴,出口直径d=10cm,管道直径D=40cm,喷射流量Q=0.4m3/s,水流喷入大气中,不计喷嘴的水头损失。
取动能校正系数及动量校正系数均为1.0,求:
(1)螺栓所在断面上的动水压强水头;
(2)水流作用于螺栓群上的水平总拉力。
(2005a)
5、(本题25分)图示为一短管出流,水头H=9m,直径D=100mm,管长L=10m,管轴线水平,进口水头损失系数ζ=0.5,沿程水头损失系数λ=0.02。
管道末端为一喷嘴,其出口直径d=50mm,水流喷射在一固定的垂直平板上。
忽略喷嘴的局部水头损失和平板的摩阻力。
射流在同一水平面上,不计射流自重。
试求:
(1)管嘴出口的流速和流量;
(2)水流对平板的冲击力。
(2005b)
5、水平管道末端接一倾斜向上弯形喷嘴(轴线在同一铅直平内),转角α=45o,断面1-1、2-2直径分别为d1=200mm和d2=100mm,两断面中心高差Δz=0.2m。
出口断面平均流速v2=10m/s(喷入大气),全喷嘴水头损失hw1-2=0.5v22/2g,断面1-1至2-2间水体重W=196.0N。
试求:
(1)断面1-1中心处的压强;
(2)水流作用于喷嘴的力的大小和方向。
(2006a)
5、图示为一管段渐变段,管轴与水平面夹角α=30o。
渐变段长度L=10m,渐变段中水体重量G=2kN。
进口断面面积A1=0.0314m2,流速v1=1m/s,压强水头p1/γ=50mmH2O。
出口断面面积A2=A1/4。
渐变段水头损失为hw=2v22/2g。
(v2为出口断面流速)。
试求:
(1)渐变段出口断面中心处的压强p2;
(2)固定渐变段镇墩所受的作用力大小及其方向。
(2006b)
5、(本题20分)射流自喷嘴中水平射出,冲击在一块与射流方向垂直的长方形均质等厚度的板上,如图所示,已知板长60cm,平板上缘悬挂在铰上(铰的摩擦力不计),当射流冲击到平板的图示位置后,平板偏转30°,以后平板不再偏转。
设喷嘴直径d=25mm,喷嘴前渐变流起点处压力表读数为1.96N/cm2,该断面平均流速v=2.76m/s,喷嘴的局部水头损失系数ξ嘴=0.3,射流自重不计。
求平板的质量m为多少?
(2007a,b)
6、实验观察与理论分析指出,恒定有压管流的压强损失Δp与管长l、直径d、管壁粗糙度Δ、运动粘滞系数ν、密度ρ、流速V等因素有关。
试用π定理求出计算压强损失Δp的公式。
(2002,2005a)
6、实验研究表明,恒定有压均匀管流中,管道壁面的剪切应力τ0与断面平均流速V、水力半径R、液体密度ρ、液体的动力粘滞系数μ、及管壁表面的粗糙凸起高度Δ有关。
试用π定理求出管道壁面剪切应力τ0的计算公式,并由此推出计算沿程水头损失的基本公式——达西(Darcy)公式。
(2003,2006a,2006b)
6、(本题20分)实验观察与理论分析指出,管道壁面上的切应力τ0与断面平均流速V、管道直径d、液体密度ρ、液体的动力粘滞系数μ、管壁粗糙度Δ等因素有关。
试用π定理推导计算切应力τ0的公式。
(2004a,b)
6、(本题20分)试用π定理分析曲线型实用堰的单宽流量q的表达式。
假设单宽流量q与堰上水头H、重力加速度g、流体密度ρ、运动粘滞系数ν、及表面张力系数σ有关。
(2005b)
7、雷诺实验装置由哪几部分组成?
试绘出实验装置示意图,简述实验现象,并指出实验中应注意的问题。
(2002)
7、试设计一实验装置,以便研究管道系统中900弯头的局部水头损失系数的大小。
要求:
(1)绘出实验装置示意图;
(2)说明实验装置各组成部分的作用;(3)简述实验原理和实验现象,并指出实验中应注意的问题。
(2003,2006a,2006b)
7、(本题20分)试设计一实验装置,以便研究管道系统中阀门的局部水头损失系数的大小。
要求:
(1)绘出实验装置示意图;
(2)说明实验装置各组成部分的作用;(3)简述实验原理和实验现象,并指出实验中应注意的问题。
(2004a,b)
7、(本题20分)有一长度为L内径为D的直管道,该管道已经使用多年。
试设计一实验装置,以便研究该管道的沿程水头损失系数与雷诺数之间的变化规律。
要求:
(1)绘出实验装置示意图;
(2)说明实验装置各组成部分的作用;(3)简述试验方法、实验原理以及可能出现的研究结果。
(2005a,b)
6、(本题20分)有一长度为L内径为D的直管道,该管道已经使用多年。
试设计一实验装置,以便研究该管道的沿程水头损失系数与雷诺数之间的变化规律。
要求:
(1)绘出实验装置示意图;
(2)说明实验装置各组成部分的作用;(3)简述试验方法、实验原理以及可能出现的研究结果。
(2007a,b)
西安理工大学
2008年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸
考试科目水力学
使用试题学科、专业水利、环境等专业
(共题,答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题,但需标明题号。
)
(请将正确答案、必要的图示等写在答题纸上,不必抄题,但需标明题号。
)
一、是非题(正确的划“√”,错误的划“×”,每题2分,共10分)
1、公式
=
(du/dy),适用于牛顿液体和非牛顿液体。
2、在连续介质假设的条件下,可以不研究液体分子的运动。
3、重力与离心惯性力同时作用时,相对静止液体中任一点的压强可用公式p=p0+γh计算。
4、谢才公式U=C(RJ)1/2仅适用于阻力平方区紊流。
5、小孔口a和圆柱形外管嘴b的直径及作用水头均相同,则孔口流量Qa小于管嘴流量Qb。
二、单项选择题(每题2分,共20分)
1、理想液体是()
(1)没有切应力又不变形的液体;
(2)没有切应力但可变形的一种假想液体;
(3)有切应力而不变形的液体。
(4)切应力与剪切变形率成直线关系的液体;
2、有一管流,属于紊流粗糙区,若管径不变,欲增大粘滞底层厚度,则可以()
(1)增大流速;
(2)减小流量;
(3)减小液体粘度;(4)升高液体温度。
3、两根直径不等的管道,一根输油,一根输水,两管中流速也不同,油和水的下临界雷诺数分别为Rec1和Rec2,则它们的关系是()
(1)Rec1>Rec2;
(2)Rec1(3)Rec1=Rec2;(4)无法确定。
4、圆管均匀紊流的断面流速分布符合
1直线分布;2对数分布;3正态分布;4抛物线分布。
5、雷诺数的物理意义是
1重力与惯性力之比;2重力与粘滞力之比;
3粘滞力与惯性力之比;4惯性力与粘滞力之比。
第2页共3页
6、图示为置于地面的五个容器,各容器底面积和水深均相等,若不计容器自重,则底部静水总压力等于地面所受的力的情况是()
(1)a;
(2)b;(3)c;(4)d。
7、图示为一并联长管道。
已知管道1的流量Q1大于管道2的流量Q2,则单位时间内通过管道1和管道2的液体的总机械能损失ρgQ1hf1与ρgQ2hf2的关系为()
(1)两者相等;
(2)前者大于后者;(3)前者小于后者;(4)无法确定。
8、用物理量Δp(压强差)、ρ(密度)、l(长度)、qv(流量)组成的无量纲数应为()
(1)
(2)
(3)
(4)
9、紊流过渡粗糙区的沿程水头损失系数()
(1)只与雷诺数有关;
(2)只与相对粗糙度有关;
(3)只与绝对粗糙度有关;(4)与相对粗糙度和雷诺数有关。
10、管流的负压区是指测压管水头线()
(1)在基准面以下的部分;
(2)在下游自由水面以下的部分;
(3)在管轴线以下的部分;(4)在基准面以上的部分。
三计算题(共120分)
1、(本题20分)设有一铅垂圆柱形套管套在一铅垂立柱上,管心铅垂轴线与柱心铅垂轴线重合,两者之间间隙充以某种液体(油),如图所示。
立柱固定,套管在自重的作用下,沿铅垂方向向下作等速直线运动,(间隙中的液体运动速度呈直线分布)。
已知套管长度l=0.2m,重量G=1.96N,内径d=0.05m,套管与立柱径向间隙厚度δ=0.0016m,液体的粘度μ=9.8Pa·s。
试求圆柱形套管下移速度V(空气阻力很小,可略去不计)。
第3页共3页
2、(本题20分)如图所示一封闭水箱,下端有1/4圆弧的钢板AB,宽度1m,半径为1m。
已知:
h1=2m,h2=3m。
求:
(1)试绘制水作用于曲面AB上的压力体图及其铅垂投影面上的压强分布图;
(2)水作用于曲面AB上的静水总压力的大小及方向。
第1题图第2题图
3、(本题20分)一洒水车,如图所示,以0.98m/s2的等加速度向前行驶。
设以水面中心点为原点,建立xOz坐标系,试求自由表面与水平面的夹角θ。
又自由表面压强p0=98kPa,车壁某点A的坐标为x=-1.5m,z=-1.0m,试求A点的压强。
4、(本题20分)等直径有压管道如图所示。
管径d=0.2m,管长l1=l2=12m,水头H=10m,hs=1m。
沿程水头损失系数λ=0.023。
局部水头损失系数:
进口ζ1=0.7,转弯ζ2=0.29。
取动能校正系数为1.0。
求:
(1)通过管道的流量Q;
(2)管道B断面处的相对压强pB;(3)定性绘出测压管水头线和总水头线。
第3题图第4题图
5、(本题20分)图示一压力管道的渐变段。
水流由直径dA为20cm的A管经一渐缩的弯管流入直径dB为15cm的B管,管轴中心线在同一水平面内,A管与B管轴线之间的夹角θ为60o,如图所示。
已知通过的流量为Q=0.1m3/s,渐变段A端断面中心处相对压强pA=120kN/m2,若不计能量损失,试求水流对弯管AB的作用力。
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第5题图
6、(本题10分)在以原点为圆心,半径r≤2m的区域内,流速场可表示为
m/s,
m/s,
m/s,
求:
(1)各坐标方向的加速度分量;
(2)空间点x=1m,y=1m,z=1m处的加速度;
(3)判断此流速场是否满足连续性方程。
7、(本题10分)试用π定理分析曲线型实用堰的单宽流量q的表达式。
假设单宽流量q与堰上水头H、重力加速度g、流体密度ρ、运动粘滞系数ν、及表面张力系数σ有关。
西安理工大学
2009年攻读硕士学位研究生入学考试命题纸A
考试科目水力学基础
使用试题学科、专业水利工程、环境工程、农业水土工程等
(共四大题,答题不得使用铅笔、红色笔、不必抄题,但需标明题号。
)
一、判断题(每小题2分,共12分)
1、若层流流速分布如图所示,则其切应力沿y方向为均匀分布。
()
题一、1图题一、2题图
2、图中沿斜面上A点的静水压强为pn,则A点水平和铅直方向的静水压强分别为px=pncosa和py=pnsina。
()
3、在渐变流动中,流程中各过水断面上任何一点的(z+p/ρg)值都相等。
()
4、在同样的边界条件下,紊流过水断面上的流速分布比层流要均匀。
()
5、输水圆管由直径为d1和d2的两段管路串联而成,且d1>d2,流量为qv时相应雷诺数为Re1和Re2,则Re1>Re2。
()
6、流场中某点的速度不随时间变化,则该点的加速度必为零。
()
二、选择题(每小题2分,共18分)
1、牛顿内摩擦定律适用的条件是()
(1)理想液体,层流运动;
(2)牛顿液体,均匀流;
(3)牛顿液体,层流运动;(4)理想液体,恒定流。
2、容器中盛有两种不同重度的静止液体,如图所示,作用在容器AB壁面上的静水压强分布图应为()
(1)a
(2)b(3)c(4)d
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题二、2题图
3、图示为二根输水管段AB长度L、直径d、高差Dz、流量qv、糙率n均相等,则二水银压差计中的读数h1与h2的关系为()
(1)h1>h2
(2)h1
题二、3题图
4、恒定均匀流沿程水头损失系数l与糙率n有如下关系()
(1);
(2);
(3);(4)。
5、管流的负压区是指测压管水头线()
(1)在基准面以下的部分;
(2)在下游自由水面以下的部分;
(3)在管轴线以下的部分;(4)在基准面以上的部分。
6、图示A、B两管的管径及糙率均相同,且水位差h1=h2。
若要使流量qvA=qvB,则两管的长度LA与LB的关系为()
(1)LA=LB